RU2073751C1

RU2073751C1 - Method for producing solid coatings on aluminium alloys

Info

Publication number: RU2073751C1
Application number: RU94017967A
Authority: RU
Inventors: Владимир Аркадьевич Кожаев
Original assignee: Владимир Аркадьевич Кожаев
Priority date: 1995-05-16
Filing date: 1995-05-16
Publication date: 1997-02-20
Also published as: RU94017967A

Abstract

FIELD: electrochemistry, anodic oxidation of aluminium and alloys thereof. SUBSTANCE: work pieces are subjected to anodic treatment in alkaline electrolyte by alternating asymmetrical electric current in form of unlike-polarity pulses having frequency up to 1 kHz and amplitude up to 1000 V at temperature of up to 90 C. Method is inventively novel by fact of using pulses in form of truncated sinusoids with steep leading edges. Such pulses are generated by rather simple conversion of voltage from industrial voltage supply network. EFFECT: simplified equipment and control system, better adaptability to large-scale production. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области электрохимии, в частности, к анодированию алюминия и его сплавов и может быть использовано в машиностроении при изготовлении деталей, поверхности которых работают в условиях трения, повышенных требованиях к износостойкости или термостойкости. Такими деталями могут быть втулки подшипников скольжения, элементы пневматики и гидравлики - золотники, плунжеры, фильеры и т.д. The invention relates to the field of electrochemistry, in particular, to the anodizing of aluminum and its alloys and can be used in mechanical engineering in the manufacture of parts, the surfaces of which work under friction conditions, increased requirements for wear resistance or heat resistance. Such details may include bushings of sliding bearings, pneumatics and hydraulics elements - spools, plungers, dies, etc.

Обычно детали, работающие в условиях интенсивного износа изготавливают из высокопрочных сталей и сплавов или упрочняют их поверхности различными методами: гальваническими хромированием, никелированием, оксидированием: физико-химическими напылением различными микропорошками: металлургическими - закалкой токами высокой частоты, цементацией, азотированием, борированием и т.д. Все указанные методы являются дорогостоящими, требуют сложного технологического оборудования, экологически вредны. Usually, parts operating under conditions of intense wear are made of high-strength steels and alloys or harden their surfaces by various methods: galvanic chromium plating, nickel plating, oxidation: physico-chemical spraying with various micropowders: metallurgical - hardening with high frequency currents, cementation, nitriding, boronation, etc. d. All these methods are expensive, require sophisticated technological equipment, environmentally harmful.

Известен гальванический способ твердого износостойкого хромирования, суть которого заключается в осаждении слоя металлического хрома заданной толщины на поверхности детали [1] Способ характеризуется использованием агрессивного и токсичного электролита CrO₃, высокой плотностью тока до 60 А/дм² и критичностью и технологическому режиму: температуре, плотности тока, составу электролита, качеству подготовки поверхности, что и обуславливает его высокую стоимость и низкую технологичность.A known galvanic method of hard wear-resistant chromium plating, the essence of which is the deposition of a layer of metallic chromium of a given thickness on the surface of the part [1] The method is characterized by the use of aggressive and toxic electrolyte CrO ₃ , high current density up to 60 A / dm ² and criticality and technological mode: temperature, current density, electrolyte composition, surface preparation quality, which determines its high cost and low manufacturability.

Серьезным недостатком можно считать слабое сцепление покрытия и подложки, что в ряде случаев приводит к его отслоению. Указанные недостатки ограничивают широкое применение способа. A serious disadvantage can be considered poor adhesion of the coating and the substrate, which in some cases leads to its delamination. These disadvantages limit the widespread use of the method.

Наиболее близким по своему техническому выполнению и предлагаемому способу является электромеханический способ получения твердых анодных покрытий на алюминиевых сплавах, заключающийся в обработке деталей в электролите переменным асимметричным током в форме разнополярных импульсов частотой до 1 кГц, амплитудой до 1000 В в щелочном электролите при температуре до 90^oC [2]
Основным недостатком указанного способа являются сложные условия для нанесения покрытия, обусловленные необходимостью формирования регулировки частоты, скважности и амплитуды импульсов. Это требует сложной системы управления, значительных массогабаритных показателей оборудования (необходим силовой трансформатор), что и обуславливает высокую стоимость и низкую технологичность указанного способа.The closest in its technical implementation and the proposed method is the electromechanical method for producing solid anode coatings on aluminum alloys, which consists in processing parts in an electrolyte with an alternating asymmetric current in the form of bipolar pulses with a frequency of up to 1 kHz, an amplitude of up to 1000 V in an alkaline electrolyte at temperatures up to 90 ^o C [2]
The main disadvantage of this method is the difficult conditions for coating, due to the need to formulate the regulation of frequency, duty cycle and pulse amplitude. This requires a complex control system, significant overall dimensions of the equipment (a power transformer is needed), which leads to the high cost and low manufacturability of this method.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в необходимости получения качественных твердых покрытий на алюминиевых сплавах. The problem to which the invention is directed, is the need to obtain high-quality hard coatings on aluminum alloys.

Технический результат, получаемый при реализации предлагаемого способа, заключается в повышении сцепления покрытия с подложкой, что практически исключает его отслаивание при эксплуатации. The technical result obtained by implementing the proposed method is to increase the adhesion of the coating to the substrate, which virtually eliminates its peeling during operation.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения твердых покрытий на алюминиевых сплавах обработку деталей ведут переменным асимметричным током в виде разнополярных импульсов частотой до 1 кГц, амплитудой до 1000 В, в щелочном электролите при температуре до 90^oC, при этом импульсы формируются в виде усеченных синусоид с крутыми передними фронтами.The specified technical result is achieved by the fact that in the method of producing hard coatings on aluminum alloys, parts are machined with an alternating asymmetric current in the form of bipolar pulses with a frequency of up to 1 kHz, amplitude of up to 1000 V, in an alkaline electrolyte at a temperature of up to 90 ^o C, while pulses are formed in in the form of truncated sinusoids with steep leading edges.

Формирование импульсов в виде усеченных синусоид не представляет технической сложности, т. к. они непосредственно реализуются из синусоидального напряжения промышленной сети без использования трансформатора. Сущность способа поясняется на фиг.1, где представлена осциллограмма напряжения на обрабатываемой детали. Приняты следующие обозначения:
U_Am амплитуда напряжения положительного (анодного) импульса, В;
U_кm амплитуда напряжения отрицательного (катодного) импульса, В;
t_A время включения анодного импульса, с;
t_к время включения катодного импульса, с;
t_з время задержки, с;
1h=f частота следования импульса, Гц.The formation of pulses in the form of truncated sinusoids is not of technical complexity, since they are directly realized from the sinusoidal voltage of an industrial network without using a transformer. The essence of the method is illustrated in figure 1, which shows the waveform of the voltage on the workpiece. The following notation is accepted:
U _Am the voltage amplitude of the positive (anode) pulse, V;
U _{km the} amplitude of the voltage of the negative (cathode) pulse, V;
t _A time of inclusion of the anode pulse, s;
t _{to the} time of inclusion of the cathode pulse, s;
t _s delay time, s;
1h = f pulse repetition rate, Hz.

Регулировка параметров процесса осуществляется в основном за счет изменения таким образом, чтобы величина U_кm находилась в пределах (160-350) В. При этом значение t_A не является критичным, должно лишь выполняться условие t_A < 0,25Т, откуда следует, что амплитудное значение анодного импульса определяется напряжением питающей сети (например, U_Am 530 В для промышленной сети 380 В) и остается постоянным. Частота следования импульсов в этом случае определяется как удвоенная частота промышленной сети и составляет 100 Гц. Подобная форма напряжения на нагрузке может быть реализована посредством полупроводниковых диодов и тиристоров, включенных по схеме мостового выпрямителя и инвертора. Крутизна передних фронтов синусоид определяется быстродействием используемых тиристоров и может находиться в пределах от 10 до 100 В/мкс, положительно влияя на процесс образования покрытия. При этом достигается импульсно-искровой режим обработки детали, при котором скорость образования покрытия составляет до 100 мкм/час. Время задержки t_з зависит от схемы коммутации тиристоров и находится в пределах 50-500 мкс.The process parameters are _adjusted mainly by changing so that the value of U _km is within the range of (160-350) V. Moreover, the value of t _{A is} not critical, only the condition t _A <0.25T should be satisfied, which implies that the amplitude value of the anode pulse is determined by the voltage of the supply network (for example, U _Am 530 V for an industrial network 380 V) and remains constant. The pulse repetition rate in this case is defined as the doubled frequency of the industrial network and is 100 Hz. A similar form of voltage at the load can be realized by means of semiconductor diodes and thyristors connected according to the bridge rectifier and inverter circuit. The steepness of the leading edges of the sinusoids is determined by the speed of the used thyristors and can range from 10 to 100 V / μs, positively influencing the process of coating formation. In this case, a pulse-spark mode of processing the part is achieved, at which the coating formation rate is up to 100 μm / hour. The delay time t _s depends on the switching circuit of the thyristors and is in the range of 50-500 μs.

Таким образом, использование разнополярных асимметричных импульсов в виде усеченных синусоид позволяет упростить электрические параметры процесса, соответственно упрощается применяемое оборудование. Управление осуществляется изменением всего лишь одного фактора U_кm. В совокупности это обеспечивает решение поставленной задачи повышение технологичности предлагаемого способа.Thus, the use of bipolar asymmetric pulses in the form of truncated sinusoids allows us to simplify the electrical parameters of the process, accordingly, the equipment used is simplified. Management is carried out by changing only one factor U _km . Together, this provides a solution to the problem of improving the manufacturability of the proposed method.

Практическая реализация способа поясняется на фиг.2 и заключается в следующем: обработанная в заданный размер и очищенная от загрязнений деталь 1 подключается к одному из выводов источника питания 2, на котором формируются положительные импульсы напряжения, и погружается в электролит 3, находящийся в электролитической ванне 4, изготовленной из нержавеющей стали типа Х18Н10Т, подключенной к другому выводу источника. Источник питания подключается к промышленной сети 380 В. Затем устанавливается режим обработки:
U_Am амплитуда положительных импульсов 530 В;
U_кm амплитуда отрицательных импульсов (170-250) В;
температура электролита (20-90)^oC;
время обработки 2 часа.The practical implementation of the method is illustrated in FIG. 2 and consists in the following: a part 1 processed to a predetermined size and free of contaminants is connected to one of the terminals of a power source 2, on which positive voltage pulses are generated, and immersed in an electrolyte 3 located in an electrolytic bath 4 made of stainless steel type X18H10T connected to another terminal of the source. The power source is connected to an industrial network of 380 V. Then the processing mode is set:
U _{Am the} amplitude of the positive pulses 530 V;
U _{km the} amplitude of the negative pulses (170-250) V;
electrolyte temperature (20-90) ^o C;
processing time 2 hours.

В процессе обработки поддерживается плотность тока (6-15) А/дм² за счет изменения величины U_кm. Толщина покрытия составит до 180 мкм.During processing, the current density is maintained (6-15) A / dm ² due to a change in the value of U _km . The coating thickness will be up to 180 microns.

Claims

A method of producing hard coatings on aluminum alloys, which consists in processing the part with alternating asymmetric current in the form of bipolar pulses with a frequency of up to 1 kHz with an amplitude of up to 1000 V in an alkaline electrolyte at temperatures up to 100 ^o C, characterized in that the pulses are formed in the form of truncated sinusoids with front fronts with a slope of more than 10 V / μs.